Prediction of permanent grasslands’ agroecological characteristics and compromises: focus on the Vosges Mountains | Prédiction de propriétés agroécologiques de prairies permanentes et de leurs compromis : l’exemple du massif vosgien

إنجليزي. Grasslands play a key role in global agrosystems. In France, permanent grasslands are associated with agronomic and ecological characteristics: they provide half of overall forage, shelter vegetal and animal species, and store carbon. Increasing our understanding of agroecological characteristic determinants, and the synergies and trade-offs between characteristics, could help farmers and advisors to promote high-diversity grasslands, but also a diversity of grasslands. The objectives of this thesis are 1) to predict grassland characteristics using environmental, agricultural practices and vegetation criteria, 2) to predict grassland characteristics using vegetation classifications without information about environment and agricultural practices, 3) to study and predict trade-offs between characteristics at grassland scale, 4) to query knowledge transfer between researchers, farmers and farmer advisors. For this purpose, I run statistical analyses on a database of almost 800 permanent grasslands from previous studies. I then selected a representative sample of 59 grasslands for this database over which I conducted field and lab analyses of botanical compositions, yields, forage qualities, antioxidant contents and soil properties. I also collected information about agricultural practices, climate and topography for each of these grasslands. My results show that botanical compositions are mainly influenced by agricultural intensification, soil and elevation gradients, and that knowledge about agricultural practices are dispensable because already correlated to other criteria. However, despite I used several criteria, the quality of botanical composition prediction remains weak. Prediction of agroecological characteristics show wide variabilities: some agronomicaland ecological- characteristics are predicted well by soil, climate, landscape and botanical composition (species presence and abundance, vegetation classes) criteria. The agronomic characteristics that are predicted well comprise pastoral value, metabolisable energy, and assimilable proteins; the ecological characteristics predicted are Shannon index, richness in oligotrophic species, nectar production index and soil carbon stock. However, using only vegetation classifications could not reliably predict ecological characteristics, despite the improvement of prediction quality when combining classifications. Study of synergies and trade-offs highlighted the impossibility to combine all the agroecological characteristics for one grassland. However, I observed synergies between yield and botanical diversity, between the different indices of nutritive value, and between patrimonial species and flexibility of management. Finally, all studied tools can be used to transfer scientific knowledge to farmers and their advisors, but need to be carefully chosen to match their individual expectations. In particular, the definition of forage quality greatly varies between farmers (i.e., it can be based on quantity or quality), and a difficult equilibrium between tools accuracy and ease to use have to be found. This thesis work brings new insights in our understanding of permanent grassland agroecological characteristics and their trade-offs, thanks to the inclusion of many predictive criteria related to environment, agricultural practices and vegetation, but also thanks to the prediction of unknown characteristics. Finally, this thesis addresses the issue of developing polyvalent tools that can be used to predict grassland agroecological characteristics.

فرنسي. Les surfaces en herbe ont une place majeure dans les agrosystèmes mondiaux. En France, les prairies permanentes sont associées à des propriétés agronomiques, car elles assurent près de la moitié de la production fourragère. Elles sont aussi associées à des propriétés écologiques car elles accueillent une riche biodiversité végétale et animale, et séquestrent le carbone. Mieux comprendre les déterminants des propriétés agroécologiques, mais aussi leurs synergies et compromis, pourra aider les agriculteurs et leurs conseillers agricoles et écologues à valoriser des prairies diversifiées, et une diversité de prairies. Les objectifs de cette thèse sont donc 1) d’identifier les critères du milieu, des pratiques agricoles et de la végétation qui prédisent les propriétés prairiales, 2) de prédire les propriétés agroécologiques à l’aide de typologies de prairies, sans connaissance précise des critères environnementaux ni des pratiques agricoles, 3) d’étudier et prédire les synergies et compromis entre propriétés d’une même prairie, 4) de se questionner sur la transmission des connaissances scientifiques aux agriculteurs et leurs conseillers. Pour atteindre ces objectifs, j’ai valorisé une base de données de près de 800 prairies permanentes de précédentes études. J’en ai ensuite extrait 59 prairies représentatives du massif vosgien, sur lesquelles, j’ai réalisé des relevés botaniques, des mesures de rendement, des prélèvements de fourrage pour en connaitre la qualité et la teneur en antioxydants, et des prélèvements de sol pour en connaitre la composition précise. Enfin, j’ai collecté des informations sur les pratiques agricoles, le climat et la topographie de chacune de ces prairies. Les résultats montrent que les compositions botaniques sont influencées par des gradients d’intensité des pratiques, de sol et d’altitude, mais que la connaissance des pratiques agricoles est dispensable car fortement corrélée aux critères du milieu. Bien que de nombreux critères soient pris en compte dans l’analyse, la qualité prédictive reste faible. La prédiction des propriétés agroécologiques montre de grandes variabilités de qualité. Des propriétés écologiques (indice de Shannon, richesse en espèces oligotrophiles, valeur nectarifère et stock de carbone), et agronomiques (valeur pastorale, UFL, PDIN) sont correctement prédites par des ensembles de critères du sol, du climat, du paysage et de la composition botanique (présence et abondance d’espèces, types prairiaux). Cependant, la prédiction des propriétés uniquement grâce aux typologies prairiales montre que les propriétés écologiques sont difficilement prédictibles, bien que combiner différentes méthodes typologiques améliore la qualité des prédictions. L’étude des synergies et compromis entre propriétés montre qu’il n’est pas possible de cumuler toutes les propriétés agroécologiques sur une même prairie. Cependant, il est possible d’associer rendement et diversité botanique ; les différents indices de qualité nutritive ; ou encore espèces patrimoniales et souplesse d’exploitation. Enfin, la réflexion sur la transmission des connaissances scientifiques aux acteurs de terrain montre de nombreuses solutions, et que les outils utilisés doivent pouvoir s’adapter aux attentes de chacun. En particulier, la définition de la qualité fourragère varie fortement entre agriculteurs (quantité et/ou qualité), et il est nécessaire de trouver un équilibre entre précision des outils et facilité d’utilisation. Cette thèse apporte donc de nouvelles connaissances sur la prédiction des propriétés agroécologiques des prairies permanentes et de leurs compromis, notamment grâce à la prise en compte de nombreux critères prédictifs liés au milieux, aux pratiques agricoles et à la végétation, mais aussi grâce à la prédiction de propriétés encore méconnues. Enfin, cette thèse soulève le problème de la création d’outils polyvalents permettant de prédire les propriétés agroécologiques des prairies permanentes.